Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 [ 9 ] 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121

г) Пластичные жидкости

В соответствии с параграфом 1.3-5а перепад давления при ламинарном течении пластичной жидкости можно определить методом, описанным в примере 1.3-1, с использованием графика функции Тст = - f{8v/db), построенного экспериментально с помощью экструзионного вискозиметра или по результатам полевых испытаний. При построении реологической кривой, характеризующей свойства жидкости, перепад давления мол<но рассчитать следующим образом. Хедстрем показал,

Рис. 1.3-10. Коэффициент гидравлического сопротивления Рис. 1.3-11. Реологиче-

пластичных жидкостей по Хедстрему

екая кривая

ЧТО коэффициент гидравлического сопротивления при течении пластичных жидкостей является функцией двух безразмерных параметров (Хедстрем, 1952). Один из этих параметров представляет собой число Рейнольдса, в выражении для которого вместо значения обычной вязкости фигурирует пластичная вязкость р."

(1.3-23)

Второй безразмерный параметр назван числом Хедстрема

Не =

(1.3-24)

Этот параметр главным образом учитывает тот факт, что «твердая» центральная часть потока уменьшает свободное поперечное сечение для прохода жидкой части потока (Ле Фур, 1966). Для случая течения в трубопроводе коэффициент гидравлического сопротивления можно получить с помощью рис. 1.3-10, если известны значения параметров Кепл н Не (Американский нефтяной институт, 1960). Кривая Т действительна для турбулентного течения, а остальные кривые - для ламинарного. Кроме того, кривая Т действительна для гладкостенных труб и поэтому с ее помощью получают только примерные значения

коэффициента гидравлического сопротивления. До настоящего времени весьма слабо разработана методика определения перепада давления при течении пластичных жидкостей в шероховатых трубах.

Пример 1.3-3. Определить градиент потерь напора на трение при течении жидкости, характеризующейся реологической кривой, приведенной на рис. 1.3-11, если 17=200 м/ч, rfe = 0,308 м и р = 880 кг/м. По реологической кривой находим Хе= = 8,6 Па и, например, при (-dvldr)=2Q c~ по той же кривой находим т=11,4 МПа.. Тогда

11,4-8,6 , и =-20--=

Теперь по уравнению (1.3-23)

О,3080,746-880 , пл =-0Л40-=1.4410

и по уравнению (1.3-24)

0,3082-880-8,6 =-OJW--= 3,66-10.

По рнс. 1.3-10 находим >.= 0,185, а затем по уравнению (1.1-1)

Др 0,7462-880

grad р = -J- = 0,185 Q gQg- = 147 Па/м = 0,147 МПа/км.

1.4. ТЕЧЕНИЕ МНОГОФАЗНЫХ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ

1.4.1. ТЕЧЕНИЕ В ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДАХ

Систематическое изучение течения многофазных жидкостей и газов по горизонтальным трубопроводам началось в 1939 г. В 1949 г. Ло-карт и Мартинелли опубликовали свои результаты исследований этого вопроса (Бэйкер, 1954). Кригел в 1967 г. на основе теоретических расчетов предложил и обобщил эмпирические формулы для расчета течения многофазного потока. В дальнейшем эти формулы были уточнены несколькими авторами; к числу наиболее известных относятся Бэйкер, Хугендорн, Чисхольм, Лэрд и Шлихтинг (Шлихтинг, 1970). Другие исследователи последовали иными путями с целью вывода формул, которые можно практически использовать для расчета многофазного течения в горизонтальных трубопроводах. В качестве примера можно привести теории многофазного течения Баксендэлла (1955), Бертуччи-Тек-Поэтмана (1956) и Дюклера, Уикса и Кливленда (1964). Исследования проводились главным образом на двухфазных потоках безводной нефти и природного газа в горизонтальных трубопроводах. Исследовалось также влияние неровностей местности на перепад давления при течении многофазной среды.

Эффективные потери на трение при движении двухфазного потока нефти и газа в горизонтальном трубопроводе превышают сумму таких потерь, рассчитанную для каждой фазы, что объясняется следующими причинами. Потеря напора на трение при течении жидкости по трубо-

проводу изменяется обратно пропорционально поперечному сечению в степени >1. Газовая фаза занимает часть площади поперечного сечения и, таким образом, уменьшает площадь поперечного сечения, доступную для прохода жидкой фазы. На потери на трение газовой фазы в свою очередь оказывает влияние наличие жидкой фазы. В определенных двухфазных газожидкостных системах граница раздела между фазами характеризуется турбулентностью, за счет чего создаются дополнительные потери на трение, аналогичные потерям на трение за счет шероховатости стенок труб. В любом сечении трубопровода высота границы раздела газ - жидкость будет также изменяться с течением времени, за счет чего также потребляется энергия.

а) Структура потоков

При совместном движении газа и жидкости по горизонтальному трубопроводу наблюдается несколько структур потока. По Алвесу (Бэйкер, 1954) структуры двухфазного потока могут быть разделены на несколько типов (рис. 1.4-1). Для прогнозирования вида структуры при данных условиях можно воспользоваться диаграммой Бэйкера (рис. 1.4-2). Ось абсцисс на этом рисунке разбита на деления, соответствующие отношению Ум. жутз/Ум. г, а ось ординат - на единицы, соответствующие массовой скорости Vm. гД. в этих выражениях X и -ф - поправочные коэффициенты на температуру и давление (по Холмсу),

Направление

Рис. 1.4-1. Структуры двухфазного потока при течении в горизонтальных трубопроводах:

/ - пенная или пузырьковая; 2 - пробковая; 3 - расслоенная; 4 - волновая; 5 - снарядная; 6 - кольцевая; 7 - дисперсная (распыленная, туманная)

гм.жЛ-Лм.г

Рис. 1.4-2. Области существования различных структур при течении двухфазного потока в горизонтальных трубопроводах по Бэйкеру (1954):

/ - расслоенная; 2 - волновая; 5 - кольцевая; 4 - дисперсная; 5 - пенная (пузырьковая); 6-снаря.а-ная; 7 - пробковая

учитывающие отклонение этих параметров соответственно от атмосферного давления и температуры в 20 °С, при которых проводились исследования совместного течения воды и воздуха (Бэйкер, 1954).

Рг Рж 1,20 998

(1.4-1)